暂态电能质量检测方法的研究与实现

论文摘要

本文针对电力系统中存在的暂态扰动、暂态谐波与间谐波等电能质量问题如何准确定位和快速检出，进行了系统的分析与相关检测算法的研究，以及这些算法以硬逻辑方式在FPGA中实现。为了有效地检出在电网中存在的暂态扰动信号，去除噪声，本文提出了一种改进的小波阈值去噪方法，该方法在阈值点具有连续性，克服原系数与小波系数之间恒定偏差造成的重构精度的不足，但是运算量大。针对这一问题，提出了一种混合广义形态滤波器去噪法。该方法运算量小，去噪的同时能更好的保留波形的特征量，且结构简单。为了择优选取小波函数和增强检测算法的抗噪性，本文对比8种常用小波函数的特性。仿真分析表明，Meyer小波函数的定位精度比采用其他小波函数好，但是运算量大。本文提出一种改进的形态小波算法，该算法可对暂态扰动有效检出，同时具有去噪功能，该方法结构简单、运算量小等特点。为了快速检出电网中存在的且有是我们关注暂态谐波信号，本文提出了FFT和小波包的方法检测暂态谐波。该方法对谐波信号进行FFT运算，确定频率成分，根据相应频谱，确定分解频段，然后得到无频谱泄漏的各次谐波分量，实现暂态谐波的检测，解决了小波包运算量大的问题。针对暂态谐波检测问题，本文提出了FFT变换和Meyer小波的法检测暂态间谐波。通过FFT运算得到相应的频谱，确定信号的中心频率，得到无频谱泄漏的各次间谐波分量，实现暂态暂态间谐波的检测。鉴于FPGA具有并行处理、灵活性强、实时性好等特点，本文提出了采用DSP Builder实现对暂态信号检测，并以高通和低通分解滤波器的形式实现小波变换算法及扰动信号的快速分析。并对小波算法进行了实时性优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作及章节安排
• 第2章 暂态电能质量信号去噪问题研究
• 2.1 暂态电能质量信号
• 2.1.1 暂态扰动信号
• 2.1.2 暂态谐波信号
• 2.2 电能质量暂态信号的小波阈值去噪
• 2.2.1 小波变换及多分辨率分析
• 2.2.2 小波阈值去噪
• 2.2.3 小波阈值去噪仿真
• 2.3 电能质量暂态信号的形态学滤波器去噪
• 2.3.1 形态学滤波器去噪
• 2.3.2 形态学滤波器去噪仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于小波的电能质量暂态扰动检测
• 3.1 Meyer 小波的暂态扰动检测
• 3.1.1 小波检测暂态扰动原理
• 3.1.2 小波基的选取及 Meyer 小波检测算法
• 3.1.3 暂态扰动检测仿真
• 3.2 基于改进形态小波的暂态扰动检测
• 3.2.1 形态小波原理
• 3.2.2 改进形态小波算法
• 3.2.3 暂态扰动检测仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于小波的电能质量暂态谐波检测
• 4.1 基于 FFT 和小波包的暂态谐波检测方法
• 4.1.1 暂态谐波检测方法
• 4.1.2 检测算法仿真与分析
• 4.2 基于 Meyer 小波和 FFT 的间谐波检测方法
• 4.2.1 暂态间谐波检测方法
• 4.2.2 检测算法的仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 电能质量检测小波算法的 FPGA 实现
• 5.1 小波算法 FPGA 设计思路
• 5.2 FPGA 下小波算法的模块设计
• 5.3 基于 DSP Builder 的 FPGA 滤波器设计
• 5.3.1 小波算法的设计流程
• 5.3.2 滤波器系数的量化
• 5.3.3 小波算法的实现
• 5.3.4 Simulink 中的图形仿真
• 5.3.5 滤波器模块转换
• 5.4 小波算法的实时性优化
• 5.5 小波算法的 IP 核设计
• 5.6 暂态扰动信号源的建立
• 5.6.1 暂态扰动信号源
• 5.6.2 FPGA 中动态扰动信号源的建立
• 5.7 暂态扰动的仿真试验
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢